Životne dôležité procesy buniek v našom tele môže ovplyvniť zmena pH. Jej dopad na nádorové bunky skúmala vo svojom študentskom projekte Laura Burdová.
Látka rottlerin, nádej pre liečbu rakoviny, sa získava z červeného prášku, ktorý pokrýva plody stromu Mallotus philippensis (známeho ako strom Kamala). Rastie na Filipínach, v Indonézii, či v Indii. Zdroj: iStockphoto.com
Laura Burdová sa zaradila medzi víťazov na Festivale vedy a techniky, ktorý organizuje AMAVET – Asociácia pre mládež, vedu a techniku. Na súťaži sa každoročne prezentujú najšikovnejší stredoškoláci, ktorí so svojimi víťaznými projektmi reprezentujú Slovensko na celosvetových súťažiach a zaujímavých európskych výstavách.
Hoci je Laura Burdová ešte len študentkou štvrtého ročníka cirkevného gymnázia v Snine, už teraz svojím malým dielom prispieva do skladačky vedomostí o procesoch v organizmoch ľudí, ktorí trpia rakovinou. V budúcnosti sa chce venovať buď vede, alebo medicíne.
Aká je optimálna hladina pH v ľudskom tele, aby všetko správne fungovalo?
Pohybuje sa v rozmedzí 7,35 – 7,45 a je jednou z nevyhnutných podmienok pre vykonávanie životných funkcií organizmu a pre jeho správne fungovanie. Narušením tejto hladiny môže v organizme nastať buď acidóza, teda „prekyslenie organizmu“, alebo alkalóza, čo znamená príliš zásadité pH. Takýto stav nerovnováhy má za následok napríklad zmenu aktivity bielkovín, ktorých správne fungovanie je potrebné pre fyziologické procesy nášho organizmu.
V prípade nádorových buniek je situácia v tele iná a manipuláciou pH by dokonca bolo možné zefektívniť chemoterapiu.
Áno, je to tak. Na rozdiel od pH zdravých buniek je pre rakovinové bunky charakteristické kyslé extraceluárne pH (6,8 – 7,0) a mierne zásadité intraceluárne pH (7,3 – 7,6). Príčinou tohto javu je spôsob, akým tieto bunky získavajú energiu, a to z dôvodu zamedzeného prísunu kyslíka a nedostatočného prekrvenia nádorových tkanív. Avšak aj nádorové bunky sú na zmenu pH veľmi citlivé. Napríklad väčšina procesov podmieňujúcich agresivitu nádorových buniek je z veľkej časti ovplyvnená hodnotou pH. Čiže aj tu platí, že zmena pH dokáže výrazne ovplyvniť životne dôležité procesy týchto buniek.
Čo tieto poznatky znamenajú pre liečbu pacientov s rakovinou?
Aby chemoterapia bola skutočne účinná, liečba musí byť správne nastavená, čo najčastejšie zahŕňa výber správneho liečiva. Chemoterapiu však vieme zefektívniť napríklad tým, že liečivu vytvoríme podmienky pre jeho lepší príjem. Bunky sú na zmenu pH veľmi citlivé. Najmä vďaka tomu faktu sme predpokladali, že správna zmena ich vonkajšieho alebo vnútorného pH by mohla viesť k iniciovaniu bunkovej smrti a po kombinácii s účinným chemoterapeutickým liečivom výrazne zefektívniť protinádorovú terapiu.
3D ilustrácia delenia rakovinovej bunky. Zdroj: iStockphoto.com
Pozrime sa na to konkrétnejšie. Na čo ste sa vo svojom výskumnom projekte zamerali?
Vo svojom projekte som skúmala, aký vplyv bude mať na morfológiu buniek (ich tvar, veľkosť, mieru poškodenia cytoplazmatickej membrány a pod.) a ich mitochondrie acidifikácia extracelulárneho pH (okyslenie vonkajšieho pH). Vonkajšie pH buniek sme pritom znižovali postupne a snažili sme sa nájsť hodnotu, ktorá bude najideálnejšia pre pokračovanie v protinádorovej terapii. Po tom, ako sme túto hodnotu stanovili, sme k bunkám pridali experimentálne chemoterapeutické liečivo. Naším cieľom bolo zistiť, či látka, ktorú sme vybrali, teda rottlerin, má naozaj potrebné vlastnosti na to, aby sa mohla využívať v liečbe nádorových ochorení. Následne sme vonkajšie pH buniek zmenili na hodnotu zistenú v prvej časti práce a sledovali sme, či táto zmena znásobí účinok rottlerinu.
Má rottlerin potenciál stať sa novým chemoterapeutickým liečivom? Aký je jeho pôvod?
Potenciál má. Rottlerin je zlúčenina prírodného pôvodu, ktorá sa získava z plodov stromu Mallotus Philippinensis, rastúceho napríklad na Filipínach. Plody tohto stromu sú pokryté červeným práškom, rottlerin sa získava práve z neho. Je známy liečivými účinkami, miestni obyvatelia ho využívajú na liečbu rôznych ochorení. Jedným z dôvodov, prečo sme si rottlerin vybrali, je práve jeho veľký potenciál stať sa chemoterapeutickým liečivom. Keďže ide o látku prírodného pôvodu, vykazuje nižšiu mieru toxicity ako bežne používané syntetické liečivá, ktoré okrem toho, že pôsobia protinádorovo, spôsobujú veľkú záťaž pre celý organizmus.
Identifikovali ste liečivo. Ako ste ale definovali ideálne hodnoty pH pre pokračovanie chemoterapeutickej liečby? Na čo ste svojím bádaním prišli?
Zistili sme, že ideálna hodnota pH pre pokračovanie chemoterapeutickej liečby je približne 6,39. Hodnota pH 6,39 totiž viedla k indukcii apoptózy, čo je programovaná bunková smrť. Mitochondrie buniek pri pH 6,39 a pH 7,3, boli pri zafarbení kontrastnou látkou tmavšie ako mitochondrie pri pH 6,39. To znamená, v svetlejších mitochondriách došlo k zníženiu mitochondriálneho membránového potenciálu, čo vnímame ako príznak nastupujúcej apoptózy. Taktiež sme zistili, že rottlerin má schopnosť rozpájať dýchací reťazec buniek, čím bunke zamedzuje vykonávať procesy nevyhnutné pre jej prežitie. Tento účinok rottlerinu sa po zmene pH na 6,39 zefektívnil. Z toho vyplýva, že sa nám podarilo potvrdiť spomínaný potenciál rottlerinu ako chemoterapeutického liečiva. Takisto sa nám podarilo využitie metódy zmeny pH ako jedného zo spôsobov zefektívnenia chemoterapie.
Ako by sa tieto zistenia mohli raz premietnuť do bežnej praxe? Na Filipínach už miestni obyvatelia rottlerinom liečia. Mohol by sa spolu s manipuláciou pH podávať aj v našich podmienkach onkologickým pacientom?
Metóda znižovania pH má veľký potenciál, dokonca niektoré štúdie predpokladajú, že by sa raz mohla využívať aj ako samostatná metóda v liečbe nádorových ochorení. Nám sa podarilo stanoviť ideálnu hodnotu pH pre zefektívnenie účinku liečiva v priebehu chemoterapie a potvrdiť to, že rottlerin má skutočne vlastnosti, vďaka ktorým by sa mohol jedného dňa využívať už pri konkrétnej liečbe v praxi.
